небольшому оптическому пути, а вторая часть проходит двойной путь - от прибора И до трипельпризмы ТП и обратно.

Скорость перемещения трипельпризмы ограничена инерционностью фотоприемников и составляет примерно 20 м/мин. Точность измерений весьма сильно зависит от показателя преломления воздуха. Показатель преломления требуется измерять с точностью до 10-7. Для повышения точности используют термостатированные помещения, вакуумные световоды.

С вауумным световодом изготовлен интерферометр для измерения медленных смещений земной коры, регистрации сейсмических волн, изучения осадок и деформаций фундаментов уникальных сооружений. Основной отличительной особенностью этого прибора является наличие световода, который представляет собой секцию стальных труб диаметром 60 см и длиной 3,5 м каждая. Секции соединены между собой через вакуумный уплотнитель, а внутри них создан вакуум порядка 1 Па. Вакуумный световод располагается на пути распространения световых лучей между прибором и трипельпризмой при использовании, например, схемы рис. 6.6 в. В этом случае значительное ослабление влияния атмосферы позволяет увеличить точность измерений.

Втабл. 6.2 приведены характеристики некоторых интерферометров.

§61. Угломерные приборы

Для производства угловых измерений применяют кодовые теодолиты, которые имеют преобразователь «угол-код». Они позволяют частично автоматизировать процесс измерений.

Кодовые теодолиты делят на две группы: с фотографической регистрацией и с цифровым табло.

В кодовых теодолитах угломерные круги не делят на градусы или грады, т.е. ими нельзя пользоваться как оптическими теодолитами. В них применяяется такая система обозначений измеряемой величины, чтобы число знаков

154

для передачи информации было наименьшим и чтобы полученную информацию можно было ввести в вычислительное устройство.

Лимб теодолита делят на чередующиеся равные черные и белые (просвечивающиеся) полосы (рис. 6.7), соответствующие двум знакам двоичного кода (0 и 1). При просвечивании такого диска лучи света освещают через прозрачную полосу фотоприемник; в результате получается сигнал «1», а в непросвечивающихся частях – сигнал «0». На каждой дорожке число полей удваивается. Для лимба с 20-ю кодовыми дорожками цена деления минимального разряда составляет = 360 0 220 ≈ 1,2′′ . Ограничения по точности – технологические. При диаметре лимба, равном, например, 400 мм, минимальный интервал считывания составит всего несколько микрометров, что определяет размеры окна фотоприемника.

В других конструкциях кодовых теодолитов используют строгую

В этом методе в углоизмерительном устройстве задается опорное направление с помощью фотоприемника ФЭПОП, связанного с основанием теодолита, и источника света 1, вращающегося с постоянной угловой скоростью (рис. 6.8). Другой фотоприемник, ФЭПА (алидады 1 или алидады 2) жестко связан со зрительной трубой теодолита (с колонкой). За один оборот диска 3 сигнал от источника света попадает на опорный фотоприемник и фотоприемник, скрепленный со зрительной трубой. Временной сигнал τ между двумя импульсами прямо пропорционален измеряемому углу. В схеме применяют по два фотоприемника с целью исключения эксцентриситета алидады.

Сигналы от фотоприемников поступают на усилитель и формирователь импульсов 4, связанный с измерителем времени 5. Необходимую частоту задает кварцевый генератор 6. Устройство управления и вычислительное устройство 7 формируют сигнал определенного вида для преобразователя 9 и регистрирующего устройство 8.

155

Для высокоточных работ время необходимо измерять с относительной погрешностью 10-6 (не более). При этих условиях погрешность в измерении угла составит примерно 1,3", считая, что угловая скорость постоянна.

Высокая стабильность вращения источника света обеспечивается использованием синхронных многополюсных электродвигателей 2, частота питания которых стабилизирована от кварцевого генератора 6. Угловая скорость большинства приборов поддерживается с погрешностью порядка 10-5.

Кодовые теодолиты не позволяют полностью автоматизировать весь процесс измерений, поскольку наблюдателем выполняются операции по установке теодолита в рабочее положение, наведению на цель и др. При этом считается, что наиболее серьезные затруднения связаны именно с автоматизацией установки приборов и наведением на цель. Однако и автоматизация отсчетов – это весьма большой шаг по сравнению с использованием обычных оптических теодолитов. Полевые измерения во многих случаях вручную не обрабатываются, данные регистрируются в портативном бортовом носителе информации, а затем расшифровываются уже в стационарных условиях на ЭВМ.

Характеристики некоторых кодовых теодолитов приведены в табл. 6.3. Для примера здесь указаны теодолиты различных классов точности, от технических до высокоточных.

Для угловых измерений используют также лазерные сканирующие теодолиты, которые позволяют в непрерывном режиме определять угловые координаты движущихся объектов, либо в течение длительного времени определять угловые координаты неподвижных объектов. Вместо визирной оси в пространстве предмета лазерный теодолит формирует узконаправленный световой луч (пучок света). Визирная марка представляет собой обычно плоский отражающий экран с нанесенными на нем рисками. Эти риски совмещают при измерениях с точками конструкции сооружения.

Лазерные теодолиты автоматически осуществляют поиск цели, наведение не нее, регистрацию направления и обработку информации. Скорость измерений достигает до нескольких сотен единиц в секунду и не зависит от количества наблюдаемых точек.

156

Сканирующий лазерный пучок развертывается по определенному закону в пространстве измерений. В результате развертки освещаются визирные цели и от них приходит отраженный сигнал.

В настоящее время используются следующие лазерные теодолиты: ЛСТ4 (точность измерения углов техническая, от 0,5' до 1,0'); ЛСТ2 (точность измерений от 2" до 20" в зависимости от режима работы); лазерная контрольно-измерительная система ЛКИС (точность 3", дальность действия 3 км). Все указанные лазерные теодолиты – отечественные.

§ 62. Электронные тахеометры

Электронный тахеометр – это кодовый теодолит, объединенный со светодальномером.

С помощью электронного тахеометра в настоящее время достигается максимальная (но еще не максимально возможная) автоматизация полевых и камеральных работ. В полевых условиях автоматически регистрируются горизонтальные углы, углы наклона, зенитные расстояния, линейные расстояния, плановые и высотные координаты точек местности по результатам привязки к исходным пунктам, в том числе – координаты станции. Информация обрабатывается бортовым компьютером, накапливается и хранится. При этом съемочные точки в кодированном виде затем могут быть переведены по их координатам и принадлежности той или другой ситуации в графическое изображение. Для этого уже используется стационарная ЭВМ, в которой информация дополнительно обрабатывается и передается пользователю в необходимом виде (топографические планы, профили, разрезы, ведомости координат и высот и т.п.).

Внастоящее время ведутся работы по созданию электронных тахеометров с речевым вводом дополнительной информации не измерительного вида.

Электронные тахеометры используют практически при проведении всех геодезических работ, связанных с измерениями: создание опорных сетей, топографические съемки, работы при инженерных изысканиях в строительстве, измерениях деформаций земной поверхности и инженерных сооружений, при маркшейдерских работах в горных выработках и др.

Всостав электронного тахеометра входит кодовый теодолит, светодальномер, встроенная ЭВМ, функциями которой является как обработка информации, так и управление прибором. Клавиатура управления прибором находится с двух сторон, для обеспечения возможности работы при двух положениях круга. В комплект прибора входят трипельпризменные отражатели и вехи, на которые они устанавливаются.

Электронные тахеометры делятся на две группы: с визуальным съемом информации и с автоматическим съемом информации. В первом случае значения углов с помощью клавиатуры вводятся в ЭВМ вручную, во втором

–автоматически. Наклонные расстояния вводятся автоматически и в той и другой группах приборов.

157

В табл. 6.4 приведена лишь небольшая часть электронных тахеометров, имеющихся на рынке геодезических приборов.

Из отечественных приборов в настоящее время для геодезических работ наиболее широко используются электронные тахеометры Та5 и Та3. На рис. 6.9, 6.10 и 6.11 приведены разрезы указанных тахеометров для общего представления вообще об электронных тахеометрах и особенностях их конструкций.

В тахеометре Та5 объектив зрительной трубы используется одновременно как часть визирного, передающего и принимающего устройства.

158

Отсчет углов производится визуально с последующим введением их значений в ЭВМ с помощью клавиатуры, расположенной на панели управления. Ввод производится от младших разрядов к старшим.

Рис. 6.9. Электронный тахеометр Та5 (разрез спереди).

1 – отсчетный микроскоп; 2 – втулка; 3 – корпус; 4 – винт крепления зрительной трубы; 5 – колонка; 6 – лагера; 7 – цапфа; 8 – хомутик; 9 и 28 – блоки электроники; 10 – призма оптического отвеса; 11 – горизонтальный круг; 12 – вертикальная ось; 13 – объектив оптического отвеса; 14 – контакт; 15 – крышка; 16 – призма; 17 и 19 – объектив отсчетной системы горизонтального круга; 18, 20 – световоды подсветки; 21 – цапфа; 22 и 23 – призмы; 24 – шкала; 25 – деталь крепления зрительной трубы; 26 – вертикальный круг; 27 – объектив микроскопа

При поверках и исследованиях Та5 среднюю квадратическую погрешность измеряемого горизонтального угла определяют измерением угла в 60о – 120о 12-ю приемами с перестановкой горизонтального круга после приема примерно на 15о. Среднюю квадратическую погрешность измеряемого зенитного расстояния определяют по измерениям не менее четырех зенитных расстояний, известных с погрешностью не более 2".

Среднюю квадратическую погрешность измерения расстояний определяют по измерениям интервалов контрольного базиса, аттестованных с погрешностью не более 5 мм. Каждый интервал базиса должен быть измерен не менее, чем четырьмя приемами. Прием состоит из четырех наведений на отражатель, при каждом наведении берут три отсчета.

159

Тахеометр Та3 может работать в условиях вибраций, для чего он снабжен самоустанавливающимся индексом (компенсатором) вертикального

Рис. 6.10. Электронный тахеометр Та5 (разрез сбоку, без основания)

1 – корпус зрительной трубы; 2 – жгут (стекловолокно); 3 – диафрагма; 4 – блок сигнального канала; 5 – призма; 6 – лазерный диод (излучатель); 7 – переключатель (отражатель-дистанция); 8 – трипельпризма отражателя; 9 – кремальера; 10 – окуляр; 11 – сетка; 12 – призма Аббе (для оборачивания изображения); 13 – фокусирующая линза; 14 – блок призм; 15 – фотоэлектронный умножитель; 16 – компенсационное кольцо; 17 – оправа объектива; 18 – объектив

1 – конденсор; 2 – призма оборачивающей системы; 3 – 3 и 4 – лагеры; 5 – хомутик; 6 и 14 – система линз мостика горизонтального круга; 7 и 15 – концевые призмы (призма с крышей – 7, пентапризма 15); 8

– светодиод с конденсором; 9 – горизонтальный круг; 10 – втулка; 11 – вертикальная ось; 12 – кронштейн; 13 и 18 – фотоприемники; 16 – пластина; 17 – пентапризма; 19 и 22 – система линз мостика вертикального круга; 20 – регулировочная (юстировочная) гайка; 21

– маятник компенсатора; 23 – призма с крышей; 24 – вертикальный круг; 25 – подшипник подвески компенсатора; 26 – светодиод; 27 - винт

Рис. 6.11. Электронный тахеометр Та3

160